[摘 要]集中供热管网系统是北方城市的十分关键的一项基础设施，伴随城市集中供热的高速发展，供热管网与人们的关系愈来愈密切，也显得愈来愈重要。城市集中供热系统主要由热源、供热管网及热用户组成，要实现城市集中供热可持续发展， 保障热能供应，满足房屋建设迅速增长和人民群众生活需要，必须采取多种措施，加强对供热管网的优化设计，提高管网输送能力， 提高热源热能的综合利用率。
　　[关键词]城市；集中供热管网；优化；设计；分析
　　中图分类号：N945.15 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0019-01
　　随着城市集中供热的迅速发展，热网越来越显示出其重要性，特别是随着供热管网越来越多地走向人们的生活，热电厂集中供热和区域集中供热急剧增加我们国家城市的集中供热管网的平稳、高效运行是一项系统性非常强的工程，在对其进行优化设计的时候，应当在热网系统的安全稳定性以及经济合理性的前提下，按照管线的优化布局、管径的优化与设计以及管网的平稳运行，不断完善城市的热网系统。伴随城市集中供热管网系统的设计技术的快速发展，热网的性能一定会得到更好的发挥，也一定会有巨大的发展潜力。
　　一、城市供热管网的优化设计要素分析
　　就当前供热发展情况来看决定或者影响城市集中供热管道热效应的因素很多，城市供热管网的优化设计也主要受到如下因素的影响。
　　1、输水温度与管道外径
　　当输水温度较小时，管道散失的热量在不同管径中随着输水温度的降低，其差距越来越小；当输水温度较大时，管道散失的热量在不同管径中随输水温度的增大，其差距越来越大。从这个可以看出：在输水温度较低时，管道外径对管道散热损失的影响较大，反之，在输水温度较大时，管道输水温度对管道散热损失的影响较大。因此，对于一定输水温度的保温管道，管道散失的热量随管道外径的增大而增加。管道外径增大，管内水与管壁接触的表面积就增大，相当于增加了热量散失的表面积，管道内水向管外传递的热量增多。
　　2、热导率的影响热导率
　　对城市供热管网的热效应影响有两个方面。一方面是管道热导率，对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随保温材质热导率的增大而增加，且二者之间近似成线性关系。保温材质热导率越大，其传热热阻越小，通过保温层的热量越多，传递到周围土壤介质中的热量自然增大。反之保温材质热导率较小时，管道散失的热量在不同管径随保温材质热导率的降低，其差距逐渐减小。另一方面是土壤热导率，对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随土壤热导率的增大而增加。土壤热导率越大，其传热热阻减小，通过土壤层的热量增多，热量从土壤层散失得越多。当土壤热导率较小时，管道散失的热量在不同管径随土壤热导率的降低，其差距逐渐减小，但减小的幅度不大。
　　3、保温层厚度
　　管道散失的热量随保温层厚度的增大而减小，且二者之间近似成反比例关系。保温层越厚，其传热热阻越大，通过保温层的热量越小，传递到土壤的热量就越少。当保温层厚度较小时，管道散失的热量在不同管径随保温层厚度的降低，其差距越来越大。
　　二、城市供热管网的优化设计
　　1、连接方式及供回水温度
　　城市供热管网的连接方式有直接连接和间接连接两种。对于小范围的建筑物高度和体量相差不大的供热工程我们建议采用直接连接方式，这样可以省去热交换器、循环泵、补水泵等初期投资和后期的维护费用。但如果是大的城市热力网工程，因为其所服务的建筑物高度、体量千差万别，间接连接方式的采用是我们建议的，这样可以大大降低整个系统的补水定压值，有利于对运行中的系统的水力工况的控制，避免水力失调现象的出现，降低用户间的相互干扰，提高了供热质量和运行的安全性，也便于日常维护和管理。
　　对于管网工程供回水温度而言，我们当然希望供回水温差越大越好，这样可以减小管径，降低投资，但对热交换器和建筑物的散热设备的热交换能力提出挑战，受当前技术和多数设备性能的制约，我们建议大多数城市地区一、二次网供回水温度为：一次网130/90℃；二次网90/70℃。
　　2、供热管网的敷设方式
　　供热管网有地下敷设和地上敷设两种方式。
　　地下敷设 ：该种敷设方式不影响城市交通和市容，是城市供热管网广泛采用的敷设方式。地下敷设又分为有沟敷设和直埋敷设。
　　有沟敷设是指，供热管道敷设在地沟内，管道本身不承受外界荷载。地沟分三种：①通行地沟：沟内除敷设管道外，还设有高度不小于1.8米的人行通道，工作人员可以进入沟内巡视、检修和更换管道。管沟较长时应有通风和照明设施。在地下管线密集的城市中心区，供热管道也可以与其他管道一起敷设在通行的综合地沟内。该种敷设方式便于检修、维护、一劳永逸，但一次性投资大，建议用在热源出口及不允许开挖路面和经常需要检修的地方②不通行地沟其尺寸只考虑管道施工操作条件，工作人员不能进入。这种地沟横断面尺寸小，造价较低，目前广泛应用。③半通行地沟介于通行地沟和不通行地沟之间，地沟内的人行通道尺寸较小，工作人员只能进行巡视及简单操作，现在逐步被1、3种形式取代
　　地上敷设：也称架空敷设，其造价便宜，维修方便，多用于工业区、郊区、地下水位高、永久冻土区、湿陷性土壤区等地质构造特殊的地区，以及跨越铁路、公路、河流等地段。多数设专用支架。根据支架高度不同，分为高支架、中支架、低支架和地面敷设。高支架的高度在4.5米以上，一般在跨越公路、铁路等障碍物时采用；中支架高度为3米左右，在一般工业区内采用；低支架高度为0.5～1米左右，在城郊空旷地区或工业区沿工厂围墙敷设时采用；地面敷设是利用管枕将管道垫起，和地面保持一定的间隙作排水用，只在地面相当平整时采用。
　　3、优化管线的布局
　　由于我们国家城市的集中供热源的进一步减少，供热辐射的能力不断加大，建设供热管网的投入更大了，管线的布局应当尽量靠近热负荷的集中区域，以免管线太长，导致阻力损失以及增加投资额。管线的布局应当满足两个要求。第一，技术上应当科学。首先，管线应当尽量避开交通干线，通常要和公路的中心线平行并且应尽可能在车行道之外的位置敷设。并且敷设的管线应当沿着街道的一边。敷设在地上的管道，应当不会对城市的环境美观产生影响，对交通不构成妨碍。其次，布局的管线还应当尽可能避免敷设在土质松软的位置、地震破碎带、滑坡危险区域和地下水位比较高等不良区域。再次，设计的供热管道应当和其它管道、建筑物之间保持一定的距离，确保安全运行、便于施工以及检修。第二，经济上应当可行。首先，应当合理布置管线上的各种阀门、补偿器以及部分管道附加装置。其次，主干线应当尽可能布置热负荷集中的区域，尽量减少管线的数量。
　　4、优化管网的运行
　　我们国家各大城市的集中供热管网在日常的运行当中，浪费了大量的能源，其经济性非常差。由于不同类型的供热系统的兴起，对供热管网的运行进行优化调节愈发受到重视。其中，当前热网运行当中冷热不均的问题普遍存在，而产生该问题的主要原因在于热网的水力失调而导致的。所以，热网的水力平衡就显得十分重要，它对于管网运行的效果有直接影响。因此，为了确保管网的平稳运行，务必选择动态调节设备对于各个环路的水力失调问题加以解决。当部分用户调整用热量的时候，动态调节设备不仅不会对其余环路的用热量产生影响，并且没有振动以及噪声产生。然而，在动态系统当中可能会出现稳态失调的问题，所以应当预防产生稳态失调。总之，水力失调会导致各个热用户或者各个采暖房间出现过冷或者过热的现象，需要引起高度关注，同时还应当结合技术经济上的先进合理性以及建设上的可行性，对方案进行优化，进一步改进热网系统中存在的水力失调现象，以提升热网的质量，从而达到供热系统平稳、高效运行的目标。
　　5、对供热系统进行优化设计
　　节约能源已经成为当前的社会性主题之一，与此同时有很多公司都生产节能产品，可以在施工过程中有选择的采用先进的节能技术，完善供热系统。在传统的区域锅炉房供热系统中可以尝试采用分布式变频泵技术的应用，在各用户处设置变频泵，可有效降低热源处循环水泵的扬程，热源处循环水泵只满足热源内部循环要求。这样改变传统的热源处一泵到底的运行情况，能使各用户的压力都符合实际需求，不会出现距离热源近的用户资用压力过大需要减压的情况，提高了电能的利用率，整个管网系统比传统的一个循环水泵运行要节约电能约30%。